KR101150505B1 - 대면적 염료 감응형 태양전지 - Google Patents
대면적 염료 감응형 태양전지 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 대면적 염료 감응형 태양전지로서, 더욱 상세하게는 염료 감응형 태양전지 모듈에 덧대는 저철분 강화유리를 한쪽 면에만 형성시켜 염료 감응형 태양전지의 두께와 무게를 줄임에 따라 경제성이 뛰어나고 에너지변환 효율이 증대되는 효과를 가진 대면적 염료 감응형 태양전지에 관한 것이다. 이를 위하여, 상기 염료 감응형 태양전지 모듈은 두 개 이상이 배열되어 이루어진 광전극 모듈과, 전해질층과, 한 개로 이루어진 상대전극 모듈이 포함되어 이루어지되, 상기 광전극 모듈은 한 개의 투광성 기판에 형성된 한 개의 광전극부가 포함되어 이루어지고, 상기 상대전극 기판은 한 개의 투광성 기판에 형성된 두 개 이상의 상대전극부가 배열되어 이루어지며, 상기 저철분 강화유리는 상기 두 개 이상이 배열되어 이루어진 광전극 모듈 측에만 형성되되, 상기 저철분 강화유리와 상기 광전극 모듈 사이에는 일정한 간격을 형성하기 위한 스페이서가 구비되며, 상기 한 개의 상대전극 모듈의 면적은 상기 두 개 이상으로 배열된 광전극 모듈의 면적보다 크고 상기 저철분 강화유리와 일치하도록 대면적(大面積)으로 형성되어 이루어진 것이 포함되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 대면적(大面積) 염료 감응형 태양전지로서, 더욱 상세하게는 하나의 투광성 기판 표면에 복수 개의 광전극부 또는 상대전극부가 배열된 광전극 모듈 또는 상대전극 모듈을 구성하여 직병렬의 연결이 용이하고 염료 감응형 태양전지 모듈의 양면에 덧대어 복층으로 이루어지는 저철분 강화유리를 한쪽 면에만 형성시켜 염료 감응형 태양전지의 두께와 무게를 줄임에 따라 경제성이 뛰어나고 에너지변환 효율이 증대되는 효과를 가진 대면적 염료 감응형 태양전지에 관한 것이다.
염료 감응형 태양전지는 종래 실리콘 태양전지에 비해 제조단가가 낮고, 단가 대비 에너지 변환효율이 높으며, 투명성과 구부림이 가능한 셀을 제조할 수 있어 다양한 응용분야에 이용될 수 있는 장점이 있다.
이러한 염료 감응형 태양전지는 빛을 가시광선 영역에서 흡수하여 전자-홀 쌍을 생성할 수 있는 염료분자와 생성된 전자를 전달하는 전이금속산화물이 포함된 광전극 모듈과 전해질 용액의 산화환원반응의 촉매 역할을 하는 백금이 포함된 상대전극 모듈로 구성된다.
광전극 모듈에서 다공질 막의 형태로 존재하는 광전극부의 광전극층은 투광성 기판에 이산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO2)과 같은 넓은 밴드갭을 가진 n형 산화물 반도체가 코팅 처리되어 구성되고, 이 표면에 단분자층의 염료가 흡착되어 있다. 태양광이 태양 전지에 입사되면 염료 속의 페르미 에너지 부근의 전자가 태양에너지를 흡수하여 전자가 채워지지 않은 상위 준위로 여기 된다. 이때, 전자가 빠져나간 하위 준위의 빈자리는 전해질 속의 이온이 전자를 제공함으로써 다시 채워진다. 염료에 전자를 제공한 이온은 광전극층으로 이동하여 전자를 제공받게 된다. 상대전극 모듈에서 백금이 포함된 상대전극부의 촉매층은 전해질 용액 속에 있는 이온의 산화환원 반응의 촉매로 작용하여 표면에서의 산화 환원 반응을 통하여 전해질 속의 이온에 전자를 제공하는 역할을 한다.
종래의 염료 감응형 태양전지는 도 1에 도시된 바와 같이 광전극 모듈(1200), 전해질층(1400), 상대전극 모듈(1600)로 이루어진 염료 감응형 태양전지 모듈(1000)의 양면에 각각 저철분 강화유리(2000)가 덧대어 형성된다.
그러나 이와 같이 구성된 염료 감응형 태양전지는 복수 개의 광전극 모듈(1200) 또는 상대전극 모듈(1600)을 각각 외부에서 직병렬로 연결하거나, 전도성 에폭시 등의 접착물질을 통해 직병렬로 연결하는 방식으로 제조하여 에너지 변환효율이 떨어지는 문제점이 있고, 또한 염료 감응형 태양전지 모듈(1000)의 양면에 저철분 강화유리(2000)가 덧대어져 구성됨에 따라 두께가 두껍고 무게가 많이 나가는 문제점이 있으며, 이로 인하여 햇빛이 통과하는 빛의 양이 감소하여 에너지 변환효율이 낮은 문제점이 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 염료 감응형 태양전지 모듈에 덧대는 저철분 강화유리를 한쪽 면에만 형성시켜 두께와 무게를 줄일 수 있는 경제성이 뛰어난 염료 감응형 태양전지를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 목적은 염료 감응형 태양전지 모듈에 덧대는 저철분 강화유리와 대향하도록 한 개의 상대전극 모듈 또는 광전극 모듈을 대면적으로 형성시켜 에너지 손실을 줄임에 따라 에너지 변환효율이 뛰어난 염료 감응형 태양전지를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 저철분 강화유리와 광전극 기판 또는 상대전극 기판 사이에 일정한 간격을 형성하도록 스페이서를 구성하여 UV 차단재를 부착할 수 있는 공간을 확보하고, 상기 스페이서로 전해질 주입부를 압착시켜 전해질의 누출을 이중으로 방지하는 염료 감응형 태양전지를 제공하는 데에 있다.
본 발명인 대면적 염료 감응형 태양전지는 광전극부가 형성된 광전극 모듈과, 전해질층과, 상기 전해질층이 사이에 위치하도록 상기 광전극 모듈과 대향하게 형성되며 상대전극부가 형성된 상대전극 모듈이 포함된 염료 감응형 태양전지 모듈과, 상기 염료 감응형 태양전지 모듈의 전후면 양측에 각각 형성되는 저철분 강화유리가 포함되어 이루어진 염료 감응형 태양전지에 있어서, 상기 염료 감응형 태양전지 모듈은 두 개 이상이 배열되어 이루어진 광전극 모듈과, 전해질층과, 한 개로 이루어진 상대전극 모듈이 포함되어 이루어지되, 상기 광전극 모듈은 한 개의 투광성 기판에 형성된 한 개의 광전극부가 포함되어 이루어지고, 상기 상대전극 모듈은 한 개의 투광성 기판에 형성된 두 개 이상의 상대전극부가 배열되어 이루어지며, 상기 저철분 강화유리는 상기 두 개 이상이 배열되어 이루어진 광전극 모듈 측에만 형성되되, 상기 저철분 강화유리와 상기 광전극 모듈 사이에는 일정한 간격을 형성하기 위한 스페이서가 구비되며, 상기 한 개의 상대전극 모듈의 면적은 상기 두 개 이상으로 배열된 광전극 모듈의 면적보다 크고 상기 저철분 강화유리와 일치하도록 대면적으로 형성되어 이루어진 것이 포함되어 이루어진다.
또한 본 발명인 대면적 염료 감응형 태양전지는 상기 염료 감응형 태양전지 모듈은 두 개 이상이 배열되어 이루어진 상대전극 모듈과, 전해질층과, 한 개로 이루어진 광전극 모듈이 포함되어 이루어지되, 상기 상대전극 모듈은 한 개의 투광성 기판에 형성된 한 개의 상대전극부가 포함되어 이루어지고, 상기 광전극 모듈은 한 개의 투광성 기판에 형성된 두 개 이상의 광전극부가 배열되어 이루어지며, 상기 저철분 강화유리는 상기 두 개 이상이 배열되어 이루어진 상대전극 모듈 측에만 형성되되, 상기 저철분 강화유리와 상기 상대전극 모듈 사이에는 일정한 간격을 형성하기 위한 스페이서가 구비되며, 상기 한 개의 광전극 모듈의 면적은 상기 두 개 이상으로 배열된 상대전극 모듈의 면적보다 크고 상기 저철분 강화유리와 일치하도록 대면적으로 형성되어 이루어진 것이 포함된다.
본 발명은 염료 감응형 태양전지 모듈에 덧대는 저철분 강화유리를 한쪽 면에만 형성시켜 두께와 무게를 줄일 수 있는 경제성이 뛰어난 효과가 있다.
또한 염료 감응형 태양전지 모듈에 덧대는 저철분 강화유리와 대향하도록 한 개의 상대전극 모듈 또는 광전극 모듈을 대면적으로 형성시켜 에너지 손실을 줄임에 따라 에너지 변환효율이 뛰어난 효과가 있다.
또한 저철분 강화유리와 광전극 기판 또는 상대전극 기판 사이에 일정한 간격을 형성하도록 스페이서를 구성하여 UV 차단재를 부착할 수 있는 공간을 확보하고, 상기 스페이서로 전해질 주입부를 압착시켜 전해질의 누출을 이중으로 방지하는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술을 나타낸 측단면도.
도 2는 광전극 모듈과 상대전극 모듈을 제조하여 결합하는 과정을 나타낸 분리 측단면도.
도 3은 본 발명에 따른 상대전극 모듈을 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 광전극 모듈을 나타낸 사시도.
도 5는 본 발명의 분리사시도.
도 6은 본 발명의 측단면도.
도 7은 본 발명의 상대전극 모듈에 대한 직렬 연결을 나타낸 구성도.
도 8은 본 발명의 상대전극 모듈에 대한 병렬 연결을 나타낸 구성도.
도 9는 도 3의 다른 실시예인 광전극 모듈을 나타낸 사시도.
도 10은 도 4의 다른 실시예인 상대전극 모듈을 나타낸 사시도.
도 11은 도 6의 다른 실시예를 나타낸 측단면도.
도 2는 광전극 모듈과 상대전극 모듈을 제조하여 결합하는 과정을 나타낸 분리 측단면도.
도 3은 본 발명에 따른 상대전극 모듈을 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 광전극 모듈을 나타낸 사시도.
도 5는 본 발명의 분리사시도.
도 6은 본 발명의 측단면도.
도 7은 본 발명의 상대전극 모듈에 대한 직렬 연결을 나타낸 구성도.
도 8은 본 발명의 상대전극 모듈에 대한 병렬 연결을 나타낸 구성도.
도 9는 도 3의 다른 실시예인 광전극 모듈을 나타낸 사시도.
도 10은 도 4의 다른 실시예인 상대전극 모듈을 나타낸 사시도.
도 11은 도 6의 다른 실시예를 나타낸 측단면도.
본 발명인 대면적 염료 감응형 태양전지의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있으며, 이에 따라 각 용어의 의미는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 할 것이다.
본 발명은 염료 감응형 태양전지 모듈(1000)과, 상기 염료 감응형 태양전지 모듈의 일측(1000)에 덧대어 형성되는 저철분 강화유리(2000)와, 상기 저철분 강화유리(2000)와 염료 감응형 태양전지 모듈(1000)의 일측 사이에 일정한 간격을 형성시키는 스페이서(3000)와, 상기 염료 감응형 태양전지 모듈(1000)의 상대전극 모듈(1600) 또는 광전극 모듈(1200)과 스페이서(3000)를 함께 둘러싸는 실리콘 실링부(4000)가 포함되어 이루어진다.
상기 염료 감응형 태양전지 모듈(1000)은 광전극부(1240)가 형성된 광전극 모듈(1200), 전해질층(1400), 상대전극부(1640)가 형성된 상대전극 모듈(1600)이 포함되어 이루어지고, 상기 광전극 모듈(1200)과 상대전극 모듈(1600)은 전해질층(1400)이 사이에 위치하도록 서로 대향하게 형성되어 이루어진다.
도 2에는 염료 감응형 태양전지 모듈(1000)인 광전극 모듈(1200)과 상대전극 모듈(1600)를 각각 제작하여 결합하는 과정이 도시되어 있다.
상기 광전극 모듈(1200)은 투광성 기판(1220)에 형성된 광전극부(1240)가 포함되어 이루어지고, 상기 광전극부(1240)는 광전극층(1242), 인캡(1244), 그리드(1246), 전극연결부(1248)가 포함되어 이루어진다.
상기 투광성 기판(1220)은 표면에 TCO(Transparent Conduction Oxide)층(1222)이 형성되어 있고, TCO층(1222)이 형성된 투광성 기판은(1220)은 FTO(Fluorine-doped tin oxide), ITO(Indium-tin-oxide), AZO(Aluminium-zinc oxide) 중 어느 하나로 코팅 처리된 전도성 유리기판과, ITO/PEN(Polyethylene Naphthalate), ITO/PET(Polyethylene Terephthalate) 중 어느 하나로 코팅 처리된 고분자 플라스틱시트와, 서스(SUS), 티타늄(Ti) 중 어느 하나로 코팅 처리된 금속시트 중 어느 하나를 이용할 수 있다.
도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 상기 TCO층(1222)은 전극이 개별 분리되도록 레이저를 이용하여 분리부(1224)가 형성되게 스크라이빙 처리를 한다.
상기 광전극부(1240)의 광전극층(1242)은 이산화티타늄(TiO2)이 포함된 전이금속산화물과 염료가 포함되어 이루어진 것으로, 먼저 증류수 1ℓ를 더블자켓에 붓고 온도를 40℃로 맞춘 다음에 다시 금속 알콕사이드 화합물 160㎖를 넣고 교반시킨다. 그리고 질산 10㎖를 넣어서 교반시킨 뒤에 총 16시간 동안 반응시켜 투명한 이산화티타늄 졸을 얻는다.
이산화티타늄 졸은 수분을 제거하기 위해 150℃의 온도에서 20시간 동안 건조오븐에서 건조시킨후 결정 분말로 얻어진 분말을 막자사발로 분쇄시킨 다음에 450℃의 온도에서 30분 동안 열처리를 하여 이산화티타늄 분말을 제조한다.
상기 제조된 이산화티타늄 분말 1.3g에 증류수 5.4㎖, 하이드록시 프로필 셀룰로스 바인더 0.95g, 10 V/V% 아세틸 아세톤 0.35㎖를 넣어 페이스트 믹서에서 자전 1350rpm, 공전 1300rpm으로 회전시켜 전이금속산화물인 이산화티타늄 페이스트를 제조한다.
상기 기재된 조성물질의 함량수치는 일실시예일 뿐이고, 실제 염료 감응형 태양전지를 제조하려는 규격의 크기에 따라 조성물질의 함량수치는 각각 비례하도록 조절할 수 있다.
투광성 기판(1220)의 표면에 먼저 이산화티타늄 페이스트를 도포하여 코팅 처리하고, 코팅 처리된 이산화티타늄 나노입자의 표면에 염료를 흡착되게 하여 광전극층(1242)을 완성한다.
이산화티타늄 페이스트를 1회 도포하는 경우에는 약 6-8㎛, 2회 도포하는 경우에는 약 11-15㎛ 두께로 코팅하고, 도포 후에는 80℃의 온도에서 30분 동안 소성시킨 다음에 다시 450℃의 온도에서 30분 동안 소성시킨다.
상기 염료는 현재 시판되고 있는 Ru 복합체로 N3 dye [cis-bis(isothiocyanato)bis(2,2'- bipyridyl-4,4'-dicarboxylato)-ruthenium(II)], N719 [cis-bis(isothiocyanato) bis(2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylato)-ruthenium(II)], N749 [tris (isothiocyanato)-ruthenium(II)-2,2',6',2"-terpyridine-4,4',4"-tricarboxylic acid, tris-tertrabutylammonium salt] 등에서 선택된 어느 하나의 물질을 포함하는 것이 바람직하다.
도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 상기 광전극층(1242)은 복수 개로 배열된 셀로 이루어지도록 코팅 처리하여 형성시키고, 각 광전극층(1242)의 사이 공간에는 은(Ag) 페이스트를 이용하여 전극 형성을 위한 그리드(1246)를 코팅 처리를 하며, 상기 그리드(1246)의 양측에는 글래스플릿(Glass Frit)을 이용하여 전해질층(1400)의 전해질 용액이 다른 셀로 넘어가지 않도록 막아주기 위해 인캡(Encap)(1644)을 형성시킨다.
또한 상기 인캡(1644)은 광전극 모듈(1200)과 상대전극 모듈(1600)의 결합시 핫멜트의 기능처럼 서로 붙여주는 기능을 가진다.
상기 광전극부(1240)의 가장자리는 그리드(1246)와 같은 재질로 이웃하는 광전극부(1240)와 직병렬로 연결시키는 전극연결부(1248)가 형성된다.
상기 상대전극 모듈(1600)은 투광성 기판(1620)에 형성된 상대전극부(1640)가 포함되어 이루어지고, 상기 상대전극부(1640)은 촉매층(1642), 인캡(1644), 그리드(1646), 전극연결부(1648)이 포함되어 이루어진다.
도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 상기 투광성 기판(1620)은 상기 광전극 모듈(1200)의 투광성 기판(1220) 재질과 동일하고, 마찬가지로 표면에 TCO층(1622)이 형성되며, 전극이 개별 분리되도록 분리부(1622)가 형성된다.
상기 상대전극부(1640)의 촉매층(1642)은 백금, 금, 탄소나노튜브 중 어느 어느 하나가 포함되어 이루어지고, 촉매층(1642)을 형성시키는 방법은 백금, 금, 탄소나노튜브를 스퍼터링법을 이용하거나, 고분자를 포함하는 용액 또는 휘발성이 있는 용액으로 이루어진 분산액에 미립자의 형태로 분산하여 스프레이 방식, 스핀코팅 방식, 닥터블레이드 방식 등의 방법을 이용하여 투광성 기판(1620)에 도포시키고, 450~550℃의 온도에서 30분 동안 소성시켜 코팅 처리가 완료됨에 따라 촉매층(1642)이 완성된다.
도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 상기 촉매층(1642)은 복수 개로 배열된 셀로 이루어지도록 코팅 처리하여 형성시키고, 각 촉매층(1642)의 사이 공간에는 광전극부(1240)와 같이 상대전극부(1640)의 그리드(1646), 인캡(1644), 전극연결부(1648)을 형성시킨다.
도 2의 (c)에 도시된 바와 같이 광전극 모듈(1200)과 상대전극 모듈(1600)이 완성되면, 인캡(1244,1644), 그리드(1246,1646) 및 전극연결부(1248,1648)가 일치하게 맞닿도록 광전극 모듈(1200)과 상대전극 모듈(1600)을 서로 대향하게 결합시킨다.
상기 전해질층(1400)은 광전극 모듈(1200)과 상대전극 모듈(1600)의 사이에 레독스 쌍(보통 I-/I3-)을 포함하는 전해질 용액으로 충진시키고, 광전극 모듈(1200)과 상대전극 모듈(1600)의 결합시 인캡(1244,1644)이 서로 맞닿아 접착되면서 전해질 용액이 누출되지 않도록 밀봉된다.
전해질 용액을 충진시키는 방법은 광전극 모듈(1200)과 상대전극 모듈(1600)을 결합한 다음에 광전극 모듈(1200) 또는 상대전극 모듈(1600)의 투광성 기판에 형성된 전해질 주입공(hole)을 통해 주입하여 충진시킨다.
이하 본 발명인 대면적 염료 감응형 태양전지의 실시예에 따른 구조 및 제조방법을 설명한다.
먼저 본 발명의 실시예 1인 염료 감응형 태양전지 모듈(1000)은 두 개 이상이 배열되어 이루어진 광전극 모듈(1200)과, 전해질층(1400)과, 한 개로 이루어진 상대전극 모듈(1600)이 포함되어 이루어진다.
도 3에 도시된 바와 같이 상대전극 모듈(1600)은 염료 감응형 태양전지 모듈(1000)의 양면에 각각 형성되는 저철분 강화유리(2000) 중 후면에 형성되는 저철분 강화유리 기능을 포함하도록 대면적인 한 개로 형성시키고, 이를 위해 한 개의 대면적으로 형성된 투광성 기판(1620)에 상대전극부(1640)를 두 개 이상으로 배열되도록 형성시켜 제조한다.
두 개 이상으로 배열된 상대전극부(1640)는 전극연결부(1648)를 통해 직렬 또는 병렬로 서로 연결시킨다.
도 4에 도시된 바와 같이 광전극 모듈(1200)은 한 개의 투광성 기판(1220)에 한 개의 광전극부(1240)을 형성시키고, 광전극 모듈(1200)를 다시 두 개 이상으로 배열시켜 배열된 광전극 모듈(1200)이 상대전극 모듈(1600)과 대향하도록 형성시킨다.
도 4의 (a), (b), (c)에는 한 개, 두 개, 세 개씩 배열시킨 광전극 모듈(1200)의 실시예를 나타낸 것이고, 실제 염료 감응형 태양전지가 설치되는 조건에 따라 두 개 이상으로 배열시키는 광전극 모듈(1200)의 한 개 크기는 크거나 또는 작게 조절될 수 있다.
상기 배열된 광전극 모듈(1200)은 상대전극 모듈(1600)의 상대전극부(1640)과 마찬가지로 전극연결부(1248)를 통해 직렬 또는 병렬로 서로 연결시킨다.
도 5는 실시예 1의 분리사시도이고, 도 6는 실시예 1의 측단면도이다.
상기 광전극 모듈(1200)과 상대전극 모듈(1600)의 사이에는 전해질층(1400)이 위치하게 되고, 상기 광전극 모듈(1200)은 전해질 용액을 주입하기 위한 전해질 주입공(1226a)이 광전극 모듈(1200)의 투광성 기판(1220)을 상하로 관통하여 형성된다.
상기 전해질 주입공(1226a)으로 전해질 용액을 주입한 다음에 핫멜트 처리한 밀봉재로 밀봉하고 다시 커버글래스를 덮어서 120℃의 온도에서 10초 동안 압착하여 전해질 주입부(1226)를 형성시키면 실시예 1의 염료 감응형 태양전지 모듈(1000)이 완성된다.
상기 전해질 주입부(1226)는 핫멜트와 커버글래스 대신 파우치 형태로 이루어질 수도 있다.
염료 감응형 태양전지 모듈(1000)의 양면에 각각 덧대어 형성되는 저철분 강화유리(2000)는 실시예 1에서는 광전극 모듈(1200) 측에만 형성되고, 상기 저철분 강화유리(2000)와 광전극 모듈(1200) 사이에는 일정한 간격을 형성하도록 사각형틀로 이루어진 스페이서(3000)가 구비된다.
상기 스페이서(3000)는 광전극 모듈(1200)의 상면에 형성된 전해질 주입부(1226)를 압착하여 장기간 사용시 전해질 용액의 누출을 전해질 주입부(1226)와 함께 이중으로 방지하고, 내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 스페이서(3000)로 인해 저철분 강화유리(2000)와 광전극 모듈(1200)의 사이에 확보된 공간에는 저철분 강화유리(2000) 또는 광전극 모듈(1200)의 표면에 UV 차단재(미도시)를 부착할 수 있고, 부착된 UV 차단재는 스페이서(3000)에 의해 다시 압착됨에 따라 저철분 강화유리(2000) 또는 광전극 모듈(1200)로부터 분리되어 떨어지는 것이 방지되어 부착된 UV 차단재의 내구성이 향상되는 효과가 있다.
상기 UV 차단재는 UV 차단 필름, UV 차단 실리콘, UV 차단 글래스 등과 같이 UV를 차단하기 위한 다양한 소재가 사용될 수 있다.
상기 염료 감응형 태양전지 모듈(1000)과 저철분 강화유리(2000)를 결합한 다음에는 저철분 강화유리(2000)와 상대전극 모듈(1600) 사이에 광전극 모듈(1200) 및 전해질층(1400)을 둘러싸는 실리콘 실링부(4000)가 형성되게 하여 실리콘 실링부(4000)에 의해 저철분 강화유리(2000)와 상대전극 모듈(1600) 사이가 밀봉되어 본 발명인 실시예 1의 염료 감응형 태양전지가 완성된다.
도 6에서 도 2에 도시된 광전극부(1240) 및 상대전극부(1640)에서 광전극층(1242)과 촉매층(1642)이 복수 개로 배열된 셀로 형성된 것과, 인캡(1244,1644)과, 그리드(1246,1646)는 편의상 생략되었고, 광전극부(1240)는 한 개로 형성된 광전극층(1242)과 전극연결부(1248)로, 상대전극부(1640)는 한 개로 형성된 촉매층(1642)과 전극연결부(1648)로 간략하게 도시되었다.
실시예 1의 염료 감응형 태양전지 모듈(1000)은 상대전극부(1640)의 전극연결부(1648)를 연결하는 방법에 따라 직렬과 병렬로 연결할 수 있다.
광전극부(1240)와 상대전극부(1640)에 형성된 전극연결부(1248,1648)는 염료 감응형 태양전지 모듈(1000)의 제작시 광전극 모듈(1200)과 상대전극 모듈(1600)이 서로 대향하게 결합함에 따라 광전극부(1240)의 전극연결부(12480)와 상대전극부(1640)의 전극연결부(1648)가 서로 연결되고, 상대전극부(1640)의 전극연결부(1648)는 직렬 또는 병렬로 연결할 수 있도록 미리 상대전극부(1640)의 제조시 전극연결부(1248,1648)의 끝부분이 연장되도록 형성하여 다이오드(1649)를 통해 서로 연결된다.
도 7은 직렬 연결된 염료 감응형 태양전지 모듈(1000)을 제작하기 위하여 상대전극 모듈(1600)에 배열된 상대전극부(1640) 간의 직렬 연결을 나타낸 것으로, 상대전극부(1640)의 전극연결부(1648)가 상기 전극연결부(1648)의 일측이 이웃하는 전극연결부(1648)의 일측과 연속적으로 연결됨에 따라 염료 감응형 태양전지 모듈(1000)이 직렬로 연결된다.
도 8은 병렬 연결된 염료 감응형 태양전지 모듈(1000)을 제작하기 위하여 상대전극 모듈(1600)에 배열된 상대전극부(1640) 간의 병렬 연결을 나타낸 것으로, 상대전극부(1640)의 전극연결부(1648)가 상기 상대 전극연결부(1648)의 일측이 이웃하는 전극연결부(1648)의 일측 및 타측에 'ㄹ' 형태인 지그재그로 연결됨에 따라 염료 감응형 태양전지 모듈이 병렬로 연결된다.
상기 완성된 본 발명의 실시예 1은 상기 상대전극 모듈(1600)의 면적이 두 개 이상으로 배열되어 이루어진 광전극 모듈(1200)의 면적의 크기보다 같거나 크고, 저철분 강화유리(2000)의 면적과 일치하도록 대면적으로 형성되어, 상대전극 모듈(1600)이 저철분 강화유리(2000)의 기능을 포함하도록 이루어짐에 따라 염료 감응형 태양전지의 두께와 무게가 줄게 되어 경제성이 뛰어나고 에너지 손실을 줄일 수 있게 되어 에너지 변환효율이 뛰어난 효과가 있다.
본 발명의 실시예 2는 실시예 1과 동일하게 염료 감응형 태양전지의 모듈(1000)이 광전극 모듈(1200')과, 전해질층(1400)과, 상대전극 모듈(1600')이 포함되어 이루어지되, 서로 대향하게 형성된 상대전극 모듈과 광전극 모듈의 위치가 서로 맞바꾸어 이루어짐에 따라 두 개 이상이 배열되어 이루어진 상대전극 모듈(1600')과, 전해질층(1400)과, 한 개로 이루어진 광전극 모듈(1200')이 포함되어 이루어진다.
도 9에 도시된 바와 같이 광전극 모듈(1200')은 한 개의 대면적으로 형성된 투광성 기판(1220')에 광전극부(1240')가 두 개 이상으로 배열되도록 형성시켜 제조한다.
두 개 이상으로 배열된 광전극부(1240') 간의 연결은 실시예 1의 상대전극부(1640) 간의 연결과 동일하다.
도 10에 도시된 바와 같이 상대전극 모듈(1600')은 한 개의 투광성 기판(1620')에 한 개의 상대전극부(1640')를 형성시키고, 상대전극 모듈(1600')을 두 개 이상으로 배열시켜 배열된 상대전극 모듈(1600')이 광전극 모듈(1200')과 대향하도록 형성시킨다.
도 10의 (a), (b), (c)에는 한 개, 두 개, 세 개씩 배열시킨 상대전극 모듈(1600')의 실시예를 나타내고, 실제 염료 감응형 태양전지가 설치되는 조건에 따라 두 개 이상으로 배열시키는 상대전극 모듈(1600')의 한 개 크기는 크거나 또는 작게 조절될 수 있다.
상기 배열된 상대전극 모듈(1600') 간의 연결은 실시예 1의 광전극 모듈(1200) 간의 연결과 동일하다.
도 11는 실시예 2를 나타낸 측단면도이다.
상기 상대전극 모듈(1600')과 광전극 모듈(1200')의 사이에는 전해질층(1400)이 위치하게 되고, 상기 상대전극 모듈(1600')의 투광성 기판(1620')에는 전해질 주입공이 상하로 관통되어 형성된다.
상기 전해질 주입공을 밀봉하는 구조 및 방법은 실시예 1과 동일하다.
저철분 강화유리(2000)는 실시예 2에서 상대전극 모듈(1600') 측에만 형성되고, 저철분 강화유리(2000)와 상대전극 모듈(1600') 사이에는 실시예 1과 동일하게 스페이서(3000)가 구비된다.
상기 스페이서(3000)의 구조와 그 기능에서 전해질 주입부의 압착으로 전해질의 누출을 전해질 주입부와 함께 이중으로 방지하는 기능과 UV 차단재의 부착 공간 확보 및 부착된 UV 차단재의 압착 기능은 실시예 1과 동일하다.
상기 염료 감응형 태양전지 모듈(1000)과 저철분 강화유리(2000)를 결합한 다음에는 저철분 강화유리(2000)와 광전극 모듈(1200') 사이에 상대전극 모듈(1600') 및 전해질층(1400)을 둘러싸도록 실시예 1과 동일한 실리콘 실링부(4000)가 형성되어 밀봉시켜 본 발명인 염료 감응형 태양전지가 완성된다.
도 11에서 도 2에 도시된 광전극부(1240) 및 상대전극부(1640)에서 광전극층(1242)과 촉매층(1642)이 복수 개로 배열된 셀로 형성된 것과, 인캡(1244,1644)과, 그리드(1246,1646)는 편의상 생략되었고, 광전극부(1240')는 한 개로 형성된 광전극층(1242')과 전극연결부(1248')로, 상대전극부(1640')는 한 개로 형성된 촉매층(1642')과 전극연결부(1648')로 간략하게 도시되었다.
실시예 2의 염료 감응형 태양전지 모듈(1000)은 광전극부(1240')의 전극연결부(1248')를 연결하는 방법에 따라 직렬과 병렬로 연결할 수 있다.
직렬 연결된 염료 감응형 태양전지 모듈(1000)은 광전극부(1240')의 전극연결부(1248')가 상기 전극연결부(1248')의 일측이 이웃하는 전극연결부(1248')의 일측과 연속적으로 연결됨에 따라 염료 감응형 태양전지 모듈(1000)이 직렬로 연결된다.
병렬 연결된 염료 감응형 태양전지 모듈(1000)은 광전극부(1240')의 전극연결부(1248')가 상기 전극연결부(1248')의 일측이 이웃하는 전극연결부(1248')의 일측 및 타측에 'ㄹ' 형태인 지그재그로 연결됨에 따라 염료 감응형 태양전지 모듈(1000)이 병렬로 연결된다.
상기 완성된 본 발명의 실시예 2는 광전극 모듈(1200')의 면적이 두 개 이상으로 배열되어 이루어진 상대전극 모듈(1600)'의 면적보다 같거나 크고 저철분 강화유리(2000)의 면적과 일치하도록 대면적으로 형성되어 광전극 모듈(1200')이 저철분 강화유리(2000)의 기능을 포함하도록 이루어짐에 따라 염료 감응형 태양전지의 두께와 무게가 줄게 되어 경제성이 뛰어나고 에너지 손실을 줄일 수 있게 되어 에너지 변환효율이 뛰어난 효과가 있다.
[비교예]
본 발명인 실시예 1과 2의 효과를 알아보기 위하여 종래 염료 감응형 태양전지와 같이 상대전극 모듈과 광전극 모듈이 서로 일치하도록 복수 개로 배열되어 이루어진 염료 감응형 태양전지 모듈과, 상기 염료 감응형 태양전지 모듈의 양면에 각각 형성된 저철분 강화유리의 구성으로 이루어진 비교예를 시험을 통해 개방전압, 전류밀도 및 에너지 변환효율을 통해 비교하였고, 이 결과를 표 1에서 나타내었다.
| 구 분 | 개방전압(V) | 전류밀도(㎃/㎠) | 곡선율(FF) | 에너지 변환효율(%) |
| 실시예 1 | 24.3 | 174 | 0.57 | 5.3 |
| 실시예 2 | 23.6 | 162 | 0.59 | 4.9 |
| 비교예 | 22.5 | 150 | 0.54 | 3.9 |
상기 표 1에 나타난 바와 같이 본 발명은 실시예 1과 2에서 개방전압, 전류밀도, 곡선율 및 에너지 변환효율의 모든 점이 종래 염료 감응형 태양전지인 비교예보다 우수한 효과가 있는 것을 확인할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예를 도면에 의해 설명되었으나, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
1000 : 염료 감응형 태양전지 모듈 1200 : 광전극 모듈
1220 : 투광성 기판 1222 : TCO층
1224 : 분리부 1226 : 전해질 주입부
1226a : 전해질 주입공 1240 : 광전극부
1242 : 광전극층 1244 : 인캡
1246 : 그리드 1248 : 전극연결부
1400 : 전해질층 1600 : 상대전극 모듈
1620 : 투광성 기판 1622 : TCO층
1624 : 분리부 1640 : 상대전극부
1642 : 촉매층 1644 : 인캡
1646 : 그리드 1648 : 전극연결부
1649 : 다이오드 2000 : 저철분 강화유리
3000 : 스페이서 4000 : 실리콘 실링부
1220 : 투광성 기판 1222 : TCO층
1224 : 분리부 1226 : 전해질 주입부
1226a : 전해질 주입공 1240 : 광전극부
1242 : 광전극층 1244 : 인캡
1246 : 그리드 1248 : 전극연결부
1400 : 전해질층 1600 : 상대전극 모듈
1620 : 투광성 기판 1622 : TCO층
1624 : 분리부 1640 : 상대전극부
1642 : 촉매층 1644 : 인캡
1646 : 그리드 1648 : 전극연결부
1649 : 다이오드 2000 : 저철분 강화유리
3000 : 스페이서 4000 : 실리콘 실링부
Claims (11)
- 광전극부가 형성된 광전극 모듈과, 전해질층과, 상기 전해질층이 사이에 위치하도록 상기 광전극 모듈과 대향하게 형성되며 상대전극부가 형성된 상대전극 모듈이 포함된 염료 감응형 태양전지 모듈과, 상기 염료 감응형 태양전지 모듈의 전후면 양측에 각각 형성되는 저철분 강화유리가 포함되어 이루어진 염료 감응형 태양전지에 있어서,
상기 염료 감응형 태양전지 모듈은 두 개 이상이 배열되어 이루어진 광전극 모듈과, 전해질층과, 한 개로 이루어진 상대전극 모듈이 포함되어 이루어지되,
상기 광전극 모듈은 한 개의 투광성 기판에 형성된 한 개의 광전극부가 포함되어 이루어지고,
상기 상대전극 모듈은 한 개의 투광성 기판에 형성된 두 개 이상의 상대전극부가 배열되어 이루어지며,
상기 저철분 강화유리는 상기 두 개 이상이 배열되어 이루어진 광전극 모듈 측에만 형성되되,
상기 저철분 강화유리와 상기 광전극 모듈 사이에는 일정한 간격을 형성하기 위한 스페이서가 구비되며,
상기 한 개의 상대전극 모듈의 면적은 상기 두 개 이상으로 배열된 광전극 모듈의 면적과 같거나 큰 것 중 어느 하나로 형성되어 대면적으로 이루어진 것이 포함되는 것을 특징으로 하는 대면적 염료 감응형 태양전지.
- 청구항 1에 있어서,
상기 저철분 강화유리와 상기 상대전극 모듈 사이에 상기 광전극 모듈 및 상기 전해질층을 둘러싸서 밀봉 처리하는 실리콘 실링부가 더 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 대면적 염료 감응형 태양전지.
- 청구항 2에 있어서, 상기 스페이서는,
사각형틀 형상으로 이루어지고,
상기 광전극 모듈에 형성된 복수 개의 전해질 주입공이 밀폐되도록 복수 개의 전해질 주입부를 압착시키는 것을 특징으로 하는 대면적 염료 감응형 태양전지.
- 청구항 3에 있어서,
상기 상대전극부의 전극연결부는 상기 전극연결부의 일측이 이웃하는 전극연결부의 일측과 연속적으로 연결되어 직렬 연결되는 것과, 상기 전극연결부의 일측과 이웃하는 전극연결부의 일측 및 타측이 'ㄹ' 형태인 지그재그로 연결되어 병렬 연결되는 것 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 대면적 염료 감응형 태양전지.
- 광전극부가 형성된 광전극 모듈과, 전해질층과, 상기 전해질층이 사이에 위치하도록 상기 광전극 모듈과 대향하게 형성되며 상대전극부가 형성된 상대전극 모듈이 포함된 염료 감응형 태양전지 모듈과, 상기 염료 감응형 태양전지 모듈의 전후면 양측에 각각 형성되는 저철분 강화유리가 포함되어 이루어진 염료 감응형 태양전지에 있어서,
상기 염료 감응형 태양전지 모듈은 두 개 이상이 배열되어 이루어진 상대전극 모듈과, 전해질층과, 한 개로 이루어진 광전극 모듈이 포함되어 이루어지되,
상기 상대전극 모듈은 한 개의 투광성 기판에 형성된 한 개의 상대전극부가 포함되어 이루어지고,
상기 광전극 모듈은 한 개의 투광성 기판에 형성된 두 개 이상의 광전극부가 배열되어 이루어지며,
상기 저철분 강화유리는 상기 두 개 이상이 배열되어 이루어진 상대전극 모듈 측에만 형성되되,
상기 저철분 강화유리와 상기 상대전극 모듈 사이에는 일정한 간격을 형성하기 위한 스페이서가 구비되며,
상기 한 개의 광전극 모듈의 면적은 상기 두 개 이상으로 배열된 상대전극 모듈의 면적과 같거나 큰 것 중 어느 하나로 형성되어 대면적으로 이루어진 것이 포함되는 것을 특징으로 하는 대면적 염료 감응형 태양전지.
- 청구항 5에 있어서,
상기 저철분 강화유리와 상기 광전극 모듈 사이에 상기 상대전극 모듈 및 상기 전해질층을 둘러싸서 밀봉 처리하는 실리콘 실링부가 더 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 대면적 염료 감응형 태양전지.
- 청구항 6에 있어서, 상기 스페이서는,
사각형틀 형상으로 이루어지고,
상기 상대전극 모듈에 형성된 복수 개의 전해질 주입공이 밀폐되도록 복수 개의 전해질 주입부를 압착시키는 것을 특징으로 하는 대면적 염료 감응형 태양전지.
- 청구항 7에 있어서,
상기 광전극부의 전극연결부는 상기 전극연결부의 일측이 이웃하는 전극연결부의 일측과 연속적으로 연결되어 직렬 연결되는 것과, 상기 전극연결부의 일측과 이웃하는 전극연결부의 일측 및 타측이 'ㄹ' 형태인 지그재그로 연결되어 병렬 연결되는 것 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 대면적 염료 감응형 태양전지.
- 청구항 4 또는 청구항 8에 있어서, 상기 투광성 기판은,
FTO, ITO, AZO 중 어느 하나로 코팅 처리된 전도성 유리기판과, ITO/PEN, ITO/PET 중 어느 하나로 코팅 처리된 고분자 플라스틱시트와, 서스, 티타늄 중 어느 하나로 코팅 처리된 금속시트 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 대면적 염료 감응형 태양전지.
- 청구항 1 또는 청구항 5에 있어서,
상기 광전극부의 광전극층은 이산화티타늄이 포함된 전이금속산화물과 염료가 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 대면적 염료감응형 태양전지.
- 청구항 1 또는 청구항 5에 있어서,
상기 상대전극부의 촉매층은 백금, 금, 탄소나노튜브 중 어느 하나가 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 대면적 염료감응형 태양전지.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110072612A KR101150505B1 (ko) | 2011-07-21 | 2011-07-21 | 대면적 염료 감응형 태양전지 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110072612A KR101150505B1 (ko) | 2011-07-21 | 2011-07-21 | 대면적 염료 감응형 태양전지 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101150505B1 true KR101150505B1 (ko) | 2012-05-31 |
Family
ID=46272700
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110072612A KR101150505B1 (ko) | 2011-07-21 | 2011-07-21 | 대면적 염료 감응형 태양전지 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101150505B1 (ko) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008251517A (ja) * | 2007-03-02 | 2008-10-16 | Tokyo Univ Of Science | 色素増感型太陽電池モジュール、およびこれに用いる光電極の製造方法 |
| JP2009093844A (ja) * | 2007-10-04 | 2009-04-30 | Shimane Pref Gov | 短絡防止層を備えた電極及び該電極を備えた色素増感太陽電池 |
| KR20110060413A (ko) * | 2009-11-30 | 2011-06-08 | 주식회사 이건창호 | 염료감응태양전지 및 이를 이용한 건물일체형 태양광 발전시스템 |
-
2011
- 2011-07-21 KR KR1020110072612A patent/KR101150505B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008251517A (ja) * | 2007-03-02 | 2008-10-16 | Tokyo Univ Of Science | 色素増感型太陽電池モジュール、およびこれに用いる光電極の製造方法 |
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| KR20110060413A (ko) * | 2009-11-30 | 2011-06-08 | 주식회사 이건창호 | 염료감응태양전지 및 이를 이용한 건물일체형 태양광 발전시스템 |
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